A városi energiamérleg modellezése Krüzselyi Ilona Kovács Mária 2012.05.18.
TEB
nagyskálájú modellekben a városokat elégséges csupasz talajjal/növényzettel reprezentálni, de regionális vagy lokális skálán már szükség van a beépített területek pontosabb leírására Town Energy Balance séma
városi energiamérleg leírása turbulens fluxusok szimulálásával a lokális kanyon séma (egyetlen utca) általánosított formája (általánosan használható legyen, minden városban, minden idıjárási helyzetben)
LÉGKÖR Határfelület
S U R F E X
Sugárzási tulajdonságok:
Légköri kényszerek:
• albedó
• léghımérséklet • specifikus nedvesség • szélkomponensek • nyomás • esı • hó • CO2 , kémiai összetevık, aeroszolok koncentrációja
• sugárzás-kibocsátó képesség • felszín sugárzási hımérséklete
Felszíni áramok: • momentum • szenzibilis hı • látens hı • CO2 • kémiai összetevık • aeroszolok
F= a rácspontok között nincs kapcsolat
fF
Sugárzási kényszerek: • napsugárzás • infravörös sugárzás
+
fF
F
Felszín
+
fF
F
+
fF
F
F
Tenger
Tó
Természet
Város
f
f
f
f Le Moigne, 2009
LÉGKÖR Határfelület Légköri kényszerek:
Sugárzási tulajdonságok: + egyéb outputok, pl.: tetı/út/falak hımérséklete • albedó
S U R F E X
o f f l i n e
Felszíni áramok: • momentum • szenzibilis hı • látens hı • CO2 • kémiai összetevık • aeroszolok
F= a rácspontok között nincs kapcsolat
fF
+
fF
F
Felszín
• léghımérséklet • specifikus nedvesség • szélkomponensek • nyomás • esı • hó • CO2 , kémiai összetevık, aeroszolok koncentrációja
online
2m–es • sugárzás-kibocsátó képesség •hımérséklet/nedvesség felszín sugárzási • 10m-es szélsebesség hımérséklete
+
Sugárzási kényszerek: • napsugárzás • infravörös sugárzás
fF
F
+
fF
F
F
Tenger
Tó
Természet
Város
f
f
f
f Le Moigne, 2009
TEB felépítése
kanyon: egymással szembenálló épületekkel közrefogott (hosszú) út az utak, épületek egyformák a tetı magassága = Masson, 2000 légköri modell felszíne minden útirány lehetséges, és azonos valószínőséggel létezik – irányultság hatása átlagolva van az utakra és a falakra 3 felszíntípus külön energiaháztartással: tetı, út, fal hófelszínre 2 további energiamérleg (tetıre, útra)
számolás közben nincs egyetlen „városi hımérséklet” 1-1 hımérsékletérték tetıre, falra, útra (progn. változó) minden felszíntípus 3 rétegre van osztva, a hıvezetés jobb leírása érdekében
Vízháztartás tetık és utak felfogják a csapadékot, és áthatolhatatlan felületként viselkednek esı
lefolyás a csatornákba (csak kis kapacitás a tározásra) ha a levegı telítetlen, a víz addig párolog, míg eltőnik
köd negatív látens hıfluxus ha levegı nedvességtartalma nagyobb mint felszíni telítési nedvesség, a felszínt nedvesnek tekinti
hó szublimáció, hıvezetés, olvadás, hóalbedó változása (koszolódás) stb. figyelembe véve
Sugárzás alacsony napállás
magas napállás
hosszúhullámú sugárzás befogása – csak egyszeres visszaverıdés sky-view faktor (látható égbolt aránya) tetı esetén az érték =1 magas épületeknél sugárzáskicserélıdés fıként a falak között
rövidhullámú direkt sugárzás tetıszint megkapja teljes mennyiséget légköri modell 1. szintjérıl fal, út – függ a napmagasságtól, és horizontálisan integrálva van minden irányra szórt sugárzás (sky-view faktor) légkörbıl + végtelen számú izotrópikus visszaverıdés a kanyonon belül
Antropogén fluxusok hı- és nedvességfluxusok két fı forrás:
háztartási főtés – épületek belsı hımérsékletét konstansnak tekintjük, és a hı hıvezetéssel távozik a falakon és tetıkön keresztül egyéb égés közlekedés ipar
közlekedésbıl és iparból származó fluxusok nem módosítják közvetlenül a felszíni energiamérleget, hiszen a levegıbe kerülnek közlekedés kanyon levegıje ipar légkör
Turbulens fluxusok momentum- és nedvességfluxusok, szenzibilis és látens hıáramok teljes hıáramok a mesterséges felszínekre = fluxusok a tetırıl + a kanyonból + ipar ezek átlagolva többi felszíntípus áramaival teljes turbulens áramok a felszínrıl
szél a kanyonban feltételezés: vertikális szélseb. konstans a kanyonban horizontális szélseb. kanyonmagasság felére van kiszámolva logaritmikus szélprofil a tetın és fölötte exponenciális profil a kanyonban horizontálisan integrálva minden útirányt figyelembe vesz Masson, 2000
Hazai vizsgálatok Város
Idıszak
Vizsgált változók
Budapest
1961-70
Hımérséklet, szél
ALADIN-Climate interpoláció 10 km-es felbontás
ALADIN-Climate
TEB
1 km
1 km (offline futtatás)
ALADIN-Climate, Kárpát-medence
TEB, Budapest
Finomabb felbontás + felszíni séma Hımérséklet (1961-1970) hatása ALADIN-Climate 10x10 km
finomabb felbontáson jobban érzékelhetı a domborzat hatása megjelennek a hővösebb Budaihegyek
ALADIN-Climate 1x1 km
kirajzolódik a Duna vonala tavasszal elkülöníthetı a város belsejében kialakuló hısziget
Vértesi, 2011
SURFEX-TEB 1x1 km
tavasz
nyár
Validáció Kitaibel Pál utca (K)
belvárosi állomás környezete nem nagyon tér el az 1961-70 közötti állapottól
K L
Pestszentlırinc (L)
külvárosi állomás beépítettség aránya valószínőleg növekedett a az elmúlt 50 évben
ECOCLIMAP felszínleíró adatbázis – 2006-os viszonyok, mindkét pont mérsékelten meleg külváros Lırinc beépítettségét valószínőleg túlbecsüli, Kitaibelét pedig alul Lırincen nagyobb felülbecslések A modellezett és mért havi átlaghımérsékletek közti eltérés (°C fokban) Általános felülb
Alulbecslés
ecslés
Városi hısziget
a modell a napi járás jellegzetességeit jól visszaadja
UHI Pestszentlırinchez viszonyítva
max. UHI napnyugat után 5-6 órával, aztán csökken
a mérésekben kimutatható belvárosi hımérsékleti többlet azonban nem jelenik meg a modell eredményeiben, sıt Kitaibel hidegebb azonos várostípus ALADIN-ból származó orográfiai hatás
21:00
0:00
UHI: Kitaibel - Pestszentlırinc Mérés 3:00
Modell 6:00
július éjszaka
Összefoglalás mezoskálán szükség van várost leíró modellre TEB
kanyonséma, sok folyamat explicit leírása (pl. sugárzás) antropogén hatások pontosabb figyelembevétele
eredmények input: ALADIN-Climate adatok; terület: Budapest a városi hısziget kimutatható a városon kívüli területekhez viszonyítva
tervek
eredmények mélyebb megértése idıben közelebbi idıszakra futtatás Szeged (folyamatban) érzékenységvizsgálatok jövıre vonatkozó vizsgálatok
Köszönöm a figyelmet!
Forrás: V. Masson, 2000: A Physically-based Scheme for the Urban Energy Budget in Atmospheric Models
